具有改善的响应时间的电涌保护设备的制作方法

专利名称：具有改善的响应时间的电涌保护设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及电涌保护，并且在特定的实施例中，涉及利用单路径传送传输并阻隔 电涌输入的电涌保护设备。
背景技术：
共用天线电视(“CATV”)系统给驻地(premise)提供许多服务，该服务包括但不 限于因特网服务、电话服务(例如，网络协议语音(“VOIP”)电话)、电视服务、以及音乐服 务。这些服务中的每一个服务需要CATV系统和驻地交换带宽，尤其是例如诸如射频(“RF”) 信号以及数字信号。通常，CATV系统被配置为使用相互分离的带宽用以分组传输，并且更 常见的是，按照在CATV系统中传输被发送或接收的方向来进行分组。即，具有一个频率的 传输可以被相对于驻地和/或CATV系统的前端、沿不同于具有第二频率的传输的方向进行 发送或接收。作为一个例子，源自前端设备并被发送到驻地的传输在本文中被称为下行带 宽，而源自驻地并被发送到前端设备的传输在本文中被称为上行带宽。
图1示出CATV系统100的一个例子，CATV系统100包括前端设备102和本地网 络104，本地网络104通过分配线106连接到前端设备102。本地网络104包括馈送分接 头108、引入线110和具有驻地114的部分112。驻地114经由分配线106、馈送分接头108 和引入线110的组合连接到前端设备102。系统100进一步包括下行带宽116和上行带宽 118，二者都将在下文中被更加详细地加以描述。
通常，下行带宽116和上行带宽118通过上和下截止频率来加以定义。用于下行 带宽116的示例性频率大于约54MHz，并且在一个应用中能够从约54MHz到约1002MHz。用 作上行带宽118的频率小于约40MHz，并且在一个应用中能够从约5MHz到约40MHz。
术语“下行带宽”和“上行带宽”在本文中一般用于描述在例如CATV系统100之 类的系统内发送、交换和操作的一些传输。如在例如系统100之类的系统中所固有的那样， 以描述任意数量传输的方式来使用这些术语。此外，通过这些术语描述的每个传输可能显 示出相似于或者不同于其他传输的其他特性的特性。这些其他传输也可以通过术语“下行 带宽”和/或“上行带宽”加以分类，就像与本文公开、描述和设想的本发明的各种实施例相 关地使用的那样。
除了 CATV系统之外，与图1的系统100相似配置的系统包括但不限于其他与远程 驻地(例如驻地114)通信的单向和双向通信系统。相似系统可以经由传输线(例如分配 线106)和引入线110来实施传输。用作传输线的这类传输线通常是承载传输的导体，特别 是诸如像同轴电缆、屏蔽电缆、多芯电缆、带状电缆和双绞电缆。
被连接到系统100的驻地(例如驻地114)包括例如家、公寓(例如个人公寓和 /或连栋房屋)和企业。这些驻地能够具有任意数量的设备和/或装置(统称为“驻地设 备”)，其直接或间接地耦合到引入线110。用于将每个单独驻地设备连接到前端设备102 的技术和装备对那些熟悉CATV系统的人来说通常是公知的，并且因此不为当前讨论的目 的而提供详细的描述。
驻地设备可以特别是包括但不限于调制解调器、台式电脑、笔记本电脑、电视、游 戏平台、机顶盒(STB)和机顶单元(STU)。这些一般被配置为通过下行带宽116和上行带宽 118与前端设备102通信。例如，通常，驻地设备从前端设备102接收下行带宽116，并且能 够将上行带宽118传送到前端设备102。
在正常操作期间，例如CATV系统100之类的系统输送在上述频带内存在的传输。 然而，应当认识到，CATV系统100的范围、结构和常规广度使得这些系统对暂态事件是敏感 的，所述暂态事件例如像雷击、停电和切换事件。这些暂态事件能够产生输入(在下文中的 “电涌输入”)，该输入落在上行带宽和下行带宽的频带之外。此外，通常暂态事件能够产生 落在低于IMHz的频带内的电涌输入。例如，如果CATV系统的部件受到雷击，通常电涌输入 具有低于大约IMHz的频率，并且具有足以破坏驻地设备的能量等级。
如前面讨论的那些电涌输入之类的电涌输入对许多电部件是有害的，并且对连接 到CATV系统的驻地设备特别有害。因此优选地提供某类型的电涌保护设备，其被设计用来 避免对驻地设备的损害。然而，任何这类电涌保护设备的先决条件是它还应当传递在期望 频带内存在的传输，所述期望频带例如像下行带宽和上行带宽的频带。
许多电涌保护设备在产生电涌输入的CATV系统的部分和驻地设备之间串联实 现。遗憾的是，通常这些设备不能避免电涌输入到达驻地设备。而这些设备(例如，气体放 电管(“GDT”)和/或金属氧化物压敏电阻器(“M0V”))被构造时总是伴随有内在延迟或 响应时间。该延迟允许电涌输入在设备被完全激活以完全地保护驻地设备避免电涌输入前 即刻到达驻地设备。这样的延迟本质上是有害的，因为响应时间越慢，损害越可能发生在驻 地设备上。
因此，需要能够避免电涌输入到达驻地设备的电涌保护设备，并且更具体地，需要 被完全激活以便提供完全保护避免电涌输入的电涌保护设备。还期望的是，以某方式构造 电涌保护设备，以便增加其期望寿命，并且降低在CATV系统中发生暂态事件后对维护和/ 或替换的需求。发明内容
本发明的实施例被配置为防止电涌输入到达驻地设备，同时这些实施例还允许在 有利带宽中的传输到达驻地设备。如本文中所设想的以及下面更详细地讨论的那样，结合 本发明思想的设备比MOV和GDT快得多地对电涌输入作出反应，例如，通过以防止对驻地设 备破坏的方式对驻地设备隔离电涌输入。
在一个实施例中，本发明体现了用于保护驻地设备避免源自CATV系统的电涌输 入损害的电涌保护设备。电涌保护设备可以包括第一电路和第二电路，该第一电路包括具 有驻地侧和用于接收下行带宽的前端侧的主线，所述第二电路耦合到该主线。第二电路可 以包括用于将电涌输入传送到地的电涌路径。电涌保护设备可以进一步包括耦合到电涌路 径和驻地设备之间的阻隔元件，其中该阻隔元件能够阻止电涌输入到达驻地设备。
在另一个实施例中，被配置为对驻地设备隔离电涌输入的信号调节设备，其中信 号调节设备可以包括用于将下行带宽从前端设备传送到驻地设备的主线。该设备还可以 包括耦合到该主线的电涌路径，该电涌路径包括第一绕组和与第一绕组串联耦合的第二绕 组，其中电涌输入通过第一绕组和第二绕组到达地。该设备可以进一步包括串联耦合在电涌路径和驻地设备之间的阻隔元件，其中该阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入。
在又一个实施例中，用于引导电涌输入远离驻地中的驻地设备的系统，其中该系 统可以包括固定于驻地的电涌保护设备。该电涌保护设备可以包括内部电路，其中该内部 电路可以包括用于传送下行带宽到驻地设备的主线，和耦合到该主线的电涌路径，该电涌 路径包括第一绕组和与第一绕组串联耦合的第二绕组。该设备进一步可以包括耦合到该内 部电路的阻隔元件，其中该阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入，并且进一步其中电涌 输入通过第一绕组和第二绕组到达地。


为了使得能够详细地理解本发明的上面描述特征的方式，可通过参考实施例来提 供上面简单总结的本发明的更特定描述，其中的一些在附图中加以阐明。然而，应当注意的 是，附图仅阐明本发明的典型实施例，并且因此不被认为是限制其范围，因为本发明可以允 许其他等同效果的实施例。附图并不必然按比例绘制，重点通常放在说明发明的某些实施 例的原理。
因此，为了进一步理解发明的特性和目的，可对下面结合图阅读的详细说明进行 参考，在附图中
图1是包括根据本发明思想制造的电涌保护器的一个示例的有线电视(CATV)系 统的示意图2是CATV系统(例如图1的CATV系统)的一部分的详细示意图，其包括根据 本发明思想制造的电涌保护设备的实施例；以及
图3是在CATV系统(例如图1的CATV系统)中使用的电涌保护设备的另一个示 例的示意图。
具体实施方式
下文说明和描述了电涌保护设备，其实施例有益于保护驻地设备避免电涌输入， 诸如在CATV系统中由雷击产生的电涌输入。正如下面更详细地讨论的那样，这些设备可以 包括单独的路径，该路径被配置为不仅用于在驻地设备和前端设备之间传送传输，而且用 于阻隔电涌输入并防止它们在驻地设备处产生电压。这样的实施例典型地包括一组或更多 组电路，这些电路中的每一个都被配置为单独运作或者与其他电路协同运作以传送下行带 宽，同时还被配置为阻隔电涌输入以便防止电涌输入破坏驻地设备。
用于实现本发明的一个或多个理念的电路以互相连接各种电元件的方式加以构 造，所述电元件例如但不限于电阻、电容、晶体管、电感、传输线和开关。这些电路可以进一 步与其他电路(和/或设备)通信，其运行高级逻辑函数、算法以及处理固件和软件指令。 这种示例电路包括但不限于现场可编程门阵列(“FPGA”)和专用集成电路(“ASIC”)。尽 管所有这些元件、电路和设备独立地以在CATV领域具有普通技能的技术人员所普遍理解 的方式运行，但是本文公开和描述的是它们的组合和集成，该组合和集成构成为通常为本 发明的理念提供的功能电气组和电路。
除了上述电路以及在图2-3中提供并在下面详细描述的电涌保护设备的其他实 施例之外，同样实用的是，本发明的理念被实现作为用于将驻地与CATV系统100(图1)的前端设备102(图1)连接的其他信号处理设备的一部分，或与该其他信号处理设备相组合。 这可以包括调节上行带宽的设备。这还可以包括提供上行带宽和下行带宽中的一个或两个 的信号衰减、信号处理和信号放大的设备。该功能可被结合到本文所提供的设备中，并且也 可被结合到耦合到根据本发明制造的设备或以其他方式与该设备对接的独立设备中。
考虑到前述内容，并且如可以在图2中看到的那样，示出了根据本发明理念制造 的电涌保护设备200的示例。此处可见，电涌保护设备200可以包括具有前端侧204和驻 地侧206的内部电路202。内部电路202还可以包括阻隔元件208、具有终止端212的电涌 路径210和主线214，其耦合到阻隔元件208、电涌路径210、以及前端侧204和驻地侧206。
驻地侧206通过引入线218耦合到馈送分接头216。信号调节设备200位于系统 (未示出)的部分220中，并且更特别地，驻地侧206耦合到驻地222。这一配置与图1的 系统100的部分112相似，其已在上述背景技术部分中加以描述。
驻地222接收下行带宽224，并产生上行带宽226，将在下面更详细地对其加以描 述。驻地222包括前端接入点228，以及具有多个输入端口 232的内部布线系统230，以及 多条线234，其将前端接入点2 与每个输入端口 232连接。驻地222也可以具有多个信号 操作设备234，信号操作设备包括生成传输238的数个驻地设备236。
驻地222进一步包括将驻地设备236连接至例如输入端口 232的连接电缆MO。 传输238由一条或多条线234承载，朝向前端接入点238，并且在前端接入点2 处离开驻 地222。传输238的示例性传输可以包括但是不限于来自调制解调器、机顶盒、电视、计算机 及其任何组合的传输。
在图2中所示的是，电涌保护设备200能够被固定在驻地222的外面，诸如例如被 固定在家、公寓、办公大楼等的外面。但是，在其他实施方式中，电涌保护设备200被配置为 使得其能够置于驻地222内部。这种配置包括处于驻地222内部的位置，在此处，电涌保护 设备200能够在下行带宽2M被传送到驻地设备236之前接收下行带宽224。
术语“前端侧”和“驻地侧”用于指元件或对象的相对端，所述元件或对象例如电涌 保护设备200和/或内部电路202，并且所述术语不限制本发明公开的范围和程度。而是，当 与本公开所设想的电涌保护设备结合讨论时，电涌保护设备的部分被配置为使得它们在电 涌保护设备的其他部分之前接收电涌输入。虽然通常被定义为这些部分之间的相对位置， 但在一些实施例中其将包括电涌保护设备200的一部分，例如前端侧204，其在电涌保护设 备200的另一部分(例如驻地侧206)之前接收下行带宽224(包括电涌输入)。
内部电路202被构造为使电涌保护设备200可以对驻地设备236隔离电涌输入， 而不干扰前端设备(例如前端设备102(图1))和驻地设备236之间的通信。该通信包括 在下行带宽2M和上行带宽2 二者的带宽中存在的传输。例如，本文中设想的这种电涌 保护设备可以被构造为适应很宽的带宽。也就是说，电涌保护设备200的实施例能够适应 可能超过2000MHz的带宽，其中，在该设定范围内的电涌保护设备的一种特定结构被构造 为适应从大约5MHz到大约2000MHz。
虽然可以使用多种结构来体现本公开所设想的理念，但是可以期待的是，主线 214包括电缆和传导设备，例如同轴电缆、光学电缆，以及与在特定应用(例如CATV系统 100(图1))中传导的传输相符的其他传导设备。电涌路径210还可以包括类似的电缆，以 及其他电气元件和/或能够在前端侧204和驻地侧206之间传送传输的电路。示例性元件可以包括例如电感和能够传导电涌输入以及下行带宽2M和上行带宽2 的传输的类似绕 组。然而，电涌路径210还被配置为消散存在于下行带宽226中的电涌输入。在一个例子 中，能够通过给电涌路径210提供地来实现该功能，并且在一个特定结构中，电涌路径210 可包括一对与地串联的绕组。
与电涌路径210—起使用的阻隔元件208可以被配置为防止电涌输入产生能够损 坏驻地设备226的能量。也就是说，可以选择阻隔元件208以阻隔电涌输入到达负载，例 如驻地设备226。作为阻隔元件208使用的合适的阻隔元件能够阻隔可以产生损坏的电涌 输入。这些阻隔元件还可以允许例如射频(“RF”)信号这样的传输通过以到达驻地设备 226。可以使用合适地设计的电路来实现该选择性的通路，所述电路包括例如电容、电阻、晶 体管、电感及其任何组合的一个或多个电元件。结合在图3中示出并在下面加以描述的电 涌保护设备的实施例来提供用作内部电路202的内部电路的一种结构的细节。
例如并参考图3，图示了电涌保护设备300的另一个实施例。此处可见电涌保护 设备300可以包括内部电路302、前端侧304、驻地侧306、阻隔元件308、具有地312的电涌 路径310和主线314。电涌路径310还可以包括定向耦合器316，例如RF定向耦合器，其耦 合到主线314从而允许下行带宽318的传输以及前端侧304和驻地侧306之间的上行带宽 320。定向耦合器316包括多个绕组322。绕组322包括一对外侧绕组324和耦合到电涌路 径310的一对内侧绕组326。在一个实施例里，绕组322可以被安排为一个或多个RF变压 器，例如第一 RF变压器3 和第二 RF变压器330。
电涌保护设备300还可以包括多个电阻332，在本例中，电阻332耦合到地312，也 耦合到一个或多个绕组322。电涌保护设备300可以进一步包括耦合到主线314的至少一 个滤波设备334。滤波设备330可以包括滤波电路336，例如但不限于低通滤波器、高通滤 波器、带通滤波器及其任意组合。在一个例子中，设置滤波电路332的位置从而使得其在阻 隔元件308之后接收下行信号318，并且其在阻隔元件308之前接收上行信号320。
通过非限定性例子，选择用于每一个电阻3 的电阻，从而使得电涌保护器200表 现出特性阻抗值。这个值可以与主线314的特性阻抗值相一致，其可以是大约500hm、大约 750hm和大约900hm之一。在一个例子中，能够以得到期望的特性阻抗的方式选择电阻器 328的电阻。
可以期望构造定向耦合器316以用于至少约3000Mhz的带宽，其中一个结构与从 约5Mhz到约2000Mhz的带宽兼容。然而可以设想的是，针对定向耦合器316而言，可能有各 种配置和结构，从而使得依照本公开的思想、范围和精神制作电涌保护设备300。例如，定向 耦合器316可以包括一对RF变压器334，其中每一个RF变压器334包括外侧绕组3 之一 和内侧绕组3 之一。用作RF变压器334的适合的变压器的例子包括但是不限于RuthofT 变压器、Guanella变压器、Marchand变压器、Balun变压器及其任意组合。
典型地安置阻隔元件308，从而使得其在定向耦合器316之后接收电涌输入。类似 地安置阻隔元件308，从而使其在定向耦合器316之前接收上行带宽320。正如上面讨论的， 通常选择用作阻隔元件308的这类阻隔元件，从而使得当与定向耦合器316串联放置时，阻 隔元件308隔离驻地设备，例如驻地设备236(图2)。
优选地但是不是必要地，阻隔元件308将在前端侧304接收到的下行带宽318传 送到驻地侧306。在电涌保护器300的一个优选结构中，阻隔元件308还将在驻地侧306接收到的上行带宽320传送到前端侧304。电容器适合用作阻隔元件308。当然，任何结构和 /或包括一对电极和置于电介质之间的电介质的结构也适合用作阻隔元件308。
更详细地讨论电涌保护设备300的操作，可以设想，设备300被配置为将来自驻地 侧306的上行带宽320传送到前端侧304。设备300被同样配置为将来自前端侧304的下 行带宽318传送到驻地侧306。这些特征允许驻地设备(未示出)与前端设备(未示出) 通信。在一个实施例中，通过使用定向耦合器316来实现这些特征，其中下行带宽318和上 行带宽320能够被通过电涌路径310加以传送，并跨越绕组322进行电感耦合，从而实现前 端侧304和驻地侧306之间的通路。在系统(未示出)中产生电涌输入的事件中，配置设 备300以阻止电涌输入产生对驻地设备的损坏。在一个实施例中，通过阻隔元件308实现 这个特征，并且更特别地是，选择阻隔元件308，以便足够长时间地阻隔电涌输入，以便通过 定向耦合器316的绕组322来消散电涌输入，并且到达可以不再破坏驻地设备的水平。
可以设想的是，本文记载的数值以及其他值通过术语“大约”来加以修饰，无论是 明确说明还是由本公开的讨论自然地导出均是如此。如本文所使用的，术语“大约”限定了 被修饰的值的数值边界，以便包括但不限于容差和上限值(values up to)，并包括被如此 修饰的数值。即，数值可以包括所明确说明的实际值，以及是、或可以是本公开中指示和/ 或描述的实际值的小数、分数或其他倍数的其他值。
虽然已经参考特定示例性实施例具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人 员应当理解的是，在不脱离由已述的说明书和附图支持的权利要求所限定的发明的精神和 范围的情况下，可以在其中产生各种详细的变形。进一步地，当参考特定数量的元件来描述 示例性实施例时，应当理解的是，能够使用少于或者大于特定数量的元件来实现该示例性 实施例。
权利要求
1.一种用于保护驻地设备防止源自CATV系统的电涌输入的电涌保护设备，所述电涌 保护设备包括包括主线的第一电路，所述主线具有驻地侧和用于接收下行带宽的前端侧；耦合到主线的第二电路，所述第二电路包括用于将电涌输入传送到地的电涌路径；以及耦合在电涌路径和驻地设备之间的阻隔元件，所述阻隔元件用于在驻地设备之前接收 电涌输入。
2.如权利要求1所述的电涌保护设备，其中所述电涌路径包括第一绕组和与第一绕组 串联耦合的第二绕组，并且其中电涌输入穿过第一绕组和第二绕组到地。
3.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合电涌路径和主线的RF变压器， 其中电涌路径耦合到RF变压器以使电涌输入穿过RF变压器到地。
4.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合主线和电涌路径的定向耦合 器，其中电涌输入穿过定向耦合器到地。
5.如权利要求4所述的电涌保护设备，其中定向耦合器表现出与主线的特性阻抗值相 同的特性阻抗值。
6.如权利要求4所述的电涌保护设备，其中定向耦合器包括多个绕组，其中电涌路径 包括所述多个绕组中的一个或多个，并且其中电涌输入穿过绕组到地。
7.如权利要求1所述的电涌保护设备，进一步包括耦合到阻隔元件和驻地设备之间的 主线的滤波电路。
8.如权利要求7所述的电涌保护设备，其中滤波电路包括低通滤波器、高通滤波器、带 通滤波器和带阻滤波器中的一个或多个。
9.一种被配置为对驻地设备隔离电涌输入的信号调节设备，所述信号调节设备包括用于将下行带宽从前端设备传送到驻地设备的主线；耦合到主线的电涌路径，该电涌路径包括第一绕组和与第一绕组串联耦合的第二绕 组，其中电涌输入穿过第一绕组和第二绕组到地；串联耦合在电涌路径和驻地设备之间的阻隔元件，该阻隔元件在驻地设备之前接收电 涌输入。
10.如权利要求9所述的信号调节设备，进一步包括耦合到主线的定向耦合器，该定向 耦合器包括第一绕组和第二绕组。
11.如权利要求9所述的信号调节设备，进一步包括耦合到主线的滤波设备，其中，设 置滤波设备的位置，以便在阻隔元件之后且在驻地设备之前接收电涌输入。
12.如权利要求9所述的信号调节设备，进一步包括耦合主线和电涌路径的第一RF变 压器，其中第一 RF变压器包括选自第一绕组和第二绕组之一的第一电感器。
13.如权利要求12所述的信号调节设备，进一步包括耦合到第一RF变压器的第二 RF 变压器，其中第二 RF变压器包括选自第一绕组和第二绕组之一的第二电感器，并且其中第 二电感器不同于第一电感器。
14.如权利要求9所述的信号调节设备，其中阻隔元件包括电介质材料。
15.如权利要求9所述的信号调节设备，其中阻隔元件包括电容器。
16.一种用于引导电涌输入远离驻地中的驻地设备的系统，该系统包括固定于驻地的电涌保护设备，电涌保护设备包括内部电路，该内部电路包括 用于将下行带宽传送给驻地设备的主线，耦合到主线的电涌路径，该电涌路径包括第一绕组和与第一绕组串联耦合的第二绕 组，以及耦合到内部电路的阻隔元件，该阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入， 其中电涌输入穿过第一绕组和第二绕组到地。
17.如权利要求16所述的系统，其中内部电路包括耦合主线和电涌路径的定向耦合 器，并且其中电涌输入穿过定向耦合器到地。
18.如权利要求16所述的系统，其中定向耦合器包括第一绕组和第二绕组中的一个。
19.如权利要求16所述的系统，其中阻隔元件包括电容器。
20.如权利要求16所述的系统，其中电涌路径以电感方式耦合到主线。
全文摘要
一种具有内部电路的电涌保护设备，内部电路保护驻地设备避免如雷击之类的暂态事件引起的电涌输入。内部电路可以包括电涌路径，电涌路径包括绕组，例如电感器，并且在一个实施例中，电涌路径包括第一绕组和串联耦合到第一绕组的第二绕组。内部电路还可以包括阻隔元件，阻隔元件被相对于电涌路径安置，从而使得阻隔元件在驻地设备之前接收电涌输入，其中可以选择阻隔元件从而对驻地设备隔离电涌输入。
文档编号H02H9/04GK102035198SQ20101054036
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月27日 优先权日2009年9月25日
发明者E·阿尔坎 申请人:约翰·梅扎林瓜联合有限公司